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겨울철 꽁꽁 언 얼음 확 쓸어버리는 신개념 방빙 코팅제 나왔다

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겨울철 꽁꽁 언 얼음 확 쓸어버리는 신개념 방빙 코팅제 나왔다

2019.01.16 18:40
하디 가세미 미국 휴스턴대 기계공학과 교수 연구팀은 새로운 물리적 개념을 도입해 어떤 표면에서든 높은 방빙 효과를 보이는 실리콘 코팅제를 만들었다는 연구결과를 발표했다. 약간의 힘만으로도 표면에 붙은 얼음이 쉽게 떨어져 나간다. -휴스턴대 제공
하디 가세미 미국 휴스턴대 기계공학과 교수 연구팀은 새로운 물리적 개념을 도입해 어떤 표면에서든 높은 방빙 효과를 보이는 실리콘 코팅제를 만들었다는 연구결과를 발표했다. 약간의 힘만으로도 표면에 붙은 얼음이 쉽게 떨어져 나간다. -휴스턴대 제공

표면의 물리적 특성을 이용하는 방식으로 손으로 쓸어내거나 바람만 불어도 표면에 붙은 얼음을 떨어뜨리는 방빙 코팅제가 개발됐다.

 

하디 가세미 미국 휴스턴대 기계공학과 교수 연구팀은 새로운 물리적 개념을 도입해 어떤 표면에서든 높은 방빙 효과를 보이고 내구성도 높은 실리콘 코팅제를 만들었다는 연구결과를 이달 15일 국제학술지 ‘머터리얼즈 호라이즌스’에 실었다.

 

겨울이 되면 차 유리창에 맺힌 서리부터 항공기 동체의 얼음까지 표면 빙결로 인한 피해가 커진다. 송전선이 결빙되며 깨져나가 정전되는 사태도 일어난다. 얼음은 한번 맺히면 긁어내거나 해도 쉽게 떨어져 나가지 않아 처리가 힘들다. 얼음의 표면에 붙어 있는 힘인 부착력이 높기 때문이다. 방수의 원리를 이용해 표면에 미세한 돌기를 만들어 표면 부착력을 떨어트려 물의 맺힘을 방지하는 방빙 코팅 기법이 쓰이나 얼음과 녹음을 반복하며 표면 구조가 쉽게 마모돼 방빙 능력이 오래가지 못하는 단점이 있었다.

 

연구팀은 표면의 일부에만 힘이 들어가게 하는 ‘응력 국소화’라는 개념을 도입했다. 실리콘 중합체 사이사이에 부착력이 낮은 고분자 중합체를 섞어 넣은 표면을 만든다. 여기에 붙은 얼음에 옆으로 밀어내는 힘인 전단력을 가하면 고분자 부분이 먼저 떨어져 나가면서 부착된 면 사이사이에 균열을 만든다. 이 균열로 인해 쉽게 얼음이 떨어져 나간다는 것이다. 연구팀은 물질의 물성을 대입하면 접착력 감소 정도를 계산할 수 있는 공식을 제시하고 이를 근거로 실리콘 기반의 코팅제를 만들었다.

 

코팅제 스프레이를 표면에 뿌리고 물을 뿌려 얼음을 얼린 후 얼음을 떼어내자 쉽게 떨어져 나갔다. 연구팀은 1 킬로파스칼(㎪) 정도의 힘으로 얼음을 떼어낼 수 있다며 비행기로 비유하면 주변에 바람만 불어도 떨어져 나가는 정도라고 설명했다. 기존 상용화된 방빙 코팅제가 코팅된 표면의 얼음을 떼어낼 때 필요한 힘인 20㎪에서 80㎪보다 10배 이상 낮았다. 까칠한 사포로 수차례 긁어내도 방빙 능력은 떨어지지 않았다. 연구팀은 공기를 가르며 태양 광선에 계속해 노출되는 비행기를 모델로 해 코팅된 표면에 강한 공기를 쏘아주거나 자외선에 노출됐을 때도 성능이 떨어지지 않음을 확인했다.

 

가세미 교수는 “새로운 물리적 개념으로 기계적으로도 화학적으로도 안정성을 가지며 얼음의 접착력을 낮춘 코팅제다”며 “이 개념을 응용하면 뛰어난 항균 코팅이나 다른 성질의 물질을 개발하는 데도 쓸 수 있다”고 말했다.

 

 

 

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